低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能

1、低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为 塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多， 下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。1. 低碳钢拉伸实验在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：（1）弹性阶段在拉伸的初始阶段，0 - £曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足 胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限 p）,线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量 E。线性阶段后，0 - £曲线不为 直线，应力应变不再成正比，但若在整个

2、弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿 原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应 力最大点称为材料的弹性极限（0 e）, 一般对于钢等许多材料，其弹性极限 与比例极限非常接近。（ 2）屈服阶段超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变 却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈 服极限（0 s ） 。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表 面呈现出与轴线成 45°斜纹。这是由于试件的 45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为 滑移线。（3）强化

3、阶段经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能 力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力 应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸 载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或 残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后， 立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此， 如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验， 其比例极限或弹性极 限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点， 该最高点对应的应力称为材料的 强度极限（c

4、 b）,强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。（ 4 ）局部变形阶段试样拉伸达到强度极限。b之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增 大至强度极限c b之后，试样出现局部显着收缩，这一现象称为颈缩。颈缩 出现后,使试件继续变形所需载荷减小,故应力应变曲线呈现下降趋势,直 至最后在 f 点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处,断口形状呈杯状,这说明 引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。（ 5）伸长率和断面收缩率试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L变为L1。用百分比表示的比值5 = ( L1-L) /L*100%称为伸长率。试样的塑性变形越大，3也越大。因此，伸长率是衡量材

5、料塑 性的指标。原始横截面面积为A的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为 A1,用百 分比表示的 比值=(A-A1) /A*100%称为断面收缩率。也是衡量材料塑性的指标。所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有 45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力T造成的，属于剪切破坏力。2. 铸铁拉伸实验铸铁是含碳量大于 %并含有较多硅 ,锰, 硫,磷等元素的多元铁基合金。 铸铁具 有许多优良的性能及生产简便，成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料 之一。铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢，铸铁从开始受力直至断 裂，变形始终很小，既不存在屈服阶段，也无颈缩现象。断口垂直于试样轴 线，这说明引起试样破坏的原因。铸铁拉伸破坏断口与正应力方向垂直说明由拉应力拉断的，属于拉伸破坏，正应力大于了许用值。三、低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点综述在工程建设中，低碳钢是典型的塑性材料，铸铁是典型的脆性材料。塑性材料和脆性材料在力学性能上的主要特征是：塑性材料在断裂前的变形较大，塑性指标（断后伸长率和断面收缩率）较高，抗拉能力较好，其常用 的强度指标是屈服强度，一般地说，在拉伸和压缩时的屈服强度相同：脆性 材料在